4.1 Учет особенностей атмосферной циркуляции

Предсказания погоды по предшествующей синоптической обстановке Первые исследования в области гидрологических прогнозов, основанные на учете влияния атмосферных процессов, как известно, принадлежат В. Ю, Визе. Визе показал, что характер ледовой обстановки полярных морей нужно рассматривать как следствие интенсивности общей циркуляции атмосферы, так как характером циркуляции атмосферы определяется последующее тепловое и динамическое состояние воздушных масс, т.е. характер атмосферной циркуляции определяет температуру воздуха, скорость и направление ветра последующего периода. Эти исследования Визе производил путем просмотра и изучения карт среднемесячного и сезонного атмосферного давления воздуха, составленных для полярных морей отдельно для групп лет с легкой и с тяжелой деловитостью. Изучение таких карт позволило Визе, а затем и другим исследователям, установить очень важные особенности процессов атмосферной циркуляции, определяющих тот или иной характер ледовых условий указанных морей. Этот метод Визе назвал "методом барических шаблонов".

Сущность метода заключается в следующем: из всего ряда наблюдений выбираются те случаи, когда прогнозируемый элемент достигал максимального и минимального значения. Желательно также, чтобы в каждую группу входило несколько значений изучаемой величины, численные характеристики которых резко отклонялись бы от нормы. Затем для каждой из этих групп в соответствующие периоды времени (предшествующие прогнозируемому элементу) составляются карты средних изобар.

Эти карты, в зависимости от требований прогноза, составляются за месяцы, предшествующие месяцу (или декаде), для которого дается прогноз. При просмотре этих карт часто удается подметить резкие различия в барическом рельефе, которые и можно использовать в целях прогноза. Этот метод может быть эффективным, когда подмеченные различия встречаются во всех отдельных случаях (для отобранных наблюдений); различия эти должны быть однотипными, позволяющими установить четкий характер влияния, причем различия должны носить макро черты барического рельефа, так как в мелких деталях они могут оказаться чисто случайного характера. Иногда полезно построить шаблон для тех случаев, когда значение прогнозируемого элемента было близким к среднему многолетнему.

Например, используя метод шаблонов к условиям северных морей, можно установить, что синоптическая обстановка в месяцы, предшествующие ледообразованию, весьма хорошо определяет сроки первого появления льда. Если в октябре-ноябре месяцах в районе Финского залива и Белого моря преобладает перенос воздушных масс северо-западной и северной составляющей (рис.1), то сроки появления льда осуществляются раньше нормы (примерно в конце ноября).

Перенос воздушных масс в октябре-ноябре в годы раннего появления льда на северных морях.

Перенос воздушных масс в октябре-ноябре в годы позднего появления льда на северных морях.

Перенос воздушных масс в октябре-ноябре в годы, когда лед появляется на северных морях в сроки близкие к норме.

Перенос воздушных масс в октябре-ноябре в годы позднего появления льда на северных морях.

Перенос воздушных масс в октябре-ноябре в годы, когда лед появляется на северных морях. в сроки, близкие к норме.

В случае юго-западного переноса воздушных масс в октябре-ноябре процессы ледообразования задержатся. Первое появление льда осуществится лишь в конце декабря.

При наличии западного переноса воздушных масс в октябре - ноябре процессы ледообразования произойдут в сроки, близкие к норме. Кроме шаблонов средних изобар, можно аналогичным путем составлять шаблоны пути циклонов и антициклонов, шаблоны так называемых "сборных барических карт". Ценность этого метода заключается в том, что он позволяет связать колебания прогнозируемого элемента с колебаниями общей циркуляции атмосферы.

Вангенгейм, исходя из преобладающих основных переносов в тропосфере, показал, что характер атмосферной циркуляции может быть выражен различными типами. Возможные варианты атмосферной циркуляции, по Вангенгейму, могут быть сведены к трем основным типам (западный, восточный и меридиональный) и 2-3 комбинированными типам циркуляции.

Западный тип (W) циркуляции характеризуется переносом воздушных масс с запада на восток. Этот процесс легко установить путем просмотра последовательных синоптических карт. Практически к этому типу относились все дни,, в которых отмечалось общее движение с запада на восток, т.е. смещения в этом направлении барических систем, воздушных масс, изаллобарических областей падения и роста.

Восточный тип (Е) циркуляции характеризуется либо нарушением западного переноса путем вторжения с востока или северо-востока антициклонов, развивающихся в континентальном полярном воздухе (кПВ) или континентальном арктическом воздухе (кАВ), либо при развитии на континенте мощных стационарных антициклонов. И в том и в другом случае восточная часть Европы и Сибирь находятся в режиме континентальных масс воздуха.

Меридиональный тип (С) циркуляции характерен нарушением западного переноса путем вторжения на север Скандинавии кАВ и образованием меридиональной полосы высокого давления через Скандинавию на центральную часть Европы. Низкое давление, таким образом, захватывает юго-восток Европы, Западную Сибирь и Атлантику. Тип циркуляции устанавливается по направлению основных переносов воздушных масс. Практически подсчитывается число дней с отклонениями от нормы с процессами широтного (западно-восточного или восточно-западного), а также меридионального направлений. Так, например, если какой-нибудь месяц (или сезон) характеризовался увеличением числа процессов только западного типа, он относился к типу западной циркуляции. Соответственно, при превышении нормы процессами восточного или меридионального типов месяцы и сезоны относились к восточной или меридиональной циркуляции. Если в данном месяце или сезоне наблюдалось превышение нормы процессами двух типов, то такой месяц или сезон относился к комбинированной или смешанной циркуляции.

Таким путем было установлено три комбинированных типа (Е+W; W+С; E+C). Все комбинированные типы циркуляции являются переходными формами основных типов. Классифицируя синоптические процессы, Вангенгейм установил закономерность в смене типов циркуляции при переходе от зимы к весне.

Например, зимняя циркуляция, установленная в январе - феврале как циркуляция западного типа, преобразовывается в последующий период (в марте-апреле) в комбинированную (W+С), a в мае в восточную (Е).

Наиболее типичные переходы можно свести в следующую таблицу, где указывается наиболее вероятный переход от одного типа в другой по месяцам:

1. WI-II > WIII + С > EV

2. CI-II > CIII + E > CIV-V

3. EI-II > CIV + W > EV

За различными типами атмосферной циркуляции, установленными для зимнего времени (январь - февраль), следует, как показал Вангенгейм определенный температурный режим в последующих сезонах. С ними же связывается и определенное ледовое состояние Баренцева моря В случае зим с западной циркуляцией на континенте Евразии наступает теплая весна, а к северу от континента температурные аномалии весной наблюдаются отрицательные, после зимней меридиональной циркуляции на континенте устанавливаются холодные весны и. т.д. Комбинированные типы создают разные погодные условия в разных районах. Таким образом, изменчивость погоды и ее характеристик объясняется различными стадиями состояния основных типов циркуляции и их преобразованием.

Среди установленных типов наиболее устойчивыми являются западный и восточный типы, которые могут сохраняться до пяти месяцев.

При определении степени влияния того или другого типа на изучаемую величину рассчитывают вероятное значение и вероятное отклонение данного явления от нормы в прогнозируемом месяце после исходного для прогноза типа циркуляции в предшествующем сезоне. Подсчитывается, например, вероятное отклонение температуры воздуха от нормы в апреле и мае после зим с западной циркуляцией, с восточной, с меридиональной и с переходящими формами циркуляции.

Вероятные величины отклонений температуры от нормы при меридиональном типе циркуляции зимой.

Вероятные величины отклонений температуры от нормы при восточном типе циркуляции зимой.

Вероятные величины отклонений температуры от нормы при западном типе циркуляции зимой.

Расчет ведется для отдельных точек, затем результаты его наносятся на карту, на которой прочерчиваются соответствующие изолинии. В результате построения таких карт делаются соответствующие выводы.

Например, после зим с западной циркуляцией в апреле и мае почти повсеместно на Европейской территории СССР наблюдаются положительные аномалии температуры воздуха, достигающие 3-4°.

Изотермы, обозначающие положительные аномалии, проведены сплошными линиями, отрицательные - прерывистыми. Вероятные сроки вскрытия рек-до 12 дней раньше нормы.

Количество осадков в апреле будет превышать норму, а количество льдов в Баренцевом море будет на 12°/0 ниже нормы. Подобным образом, установлены связи и для других типов циркуляции. Так, например, в случае наличия зимой восточной циркуляции, на большей части континента Евразии наблюдаются отрицательные аномалии температур, а на крайнем севере - положительные. При меридиональной циркуляции зимой характерны полосы положительных и отрицательных аномалий температуры, вытянутые почти в меридиональном направлении. Таким образом, еще зимой можно определить возможный тип циркуляции на весну и соответственно определить характер изменчивости изучаемого явления.

Оба эти метода - метод шаблонов и метод типизации сезонных циркуляции - объединены общей идеей прогноза погоды по предшествующим синоптическим условиям. И тот и другой методы используются в гидрологических прогнозах, и во многих случаях достигнута достаточная надежность.